微油点火技术

TPRI微油点火技术西安热工研究院有限公司徐党旗二○○八年十一月TPRI主要内容1、煤粉锅炉节约燃油背景；2、煤粉锅炉节油技术的发展与现状；3、微油点火技术；4、微油点火的一些关键技术问题；5、西安热工研究院在煤粉锅炉点火方面的工作。TPRI1煤粉锅炉节约燃油背景我国石油资源短缺，但消耗巨，大量需要依靠进口，石油已成为影响我国能源和经济安全的战略物资。而我国燃料油消费主要用于发电、冶金、化工、轻工等行业。其中电力行业的用量最大，占消费总量的27%；所以节约电力行业燃油具有重大意义。今年7月23日，国务院总理温家宝主持召开国务院常务会议，研究部署加强节油节电工作和开展全民节能行动，审议并原则通过《公共机构节能条例(草案)》和《民用建筑节能条例(草案)》。国家电监会日前也印发通知，要求电力行业全面贯彻落实《国务院关于进一步加强节油节电工作的通知》精神，进一步做好节油节电工作。TPRI1煤粉锅炉节约燃油背景机组容量（MW）冷态启动次数（次/台年）平均冷态启炉一次用油量（吨/台次）平均停炉用油量（吨/台次）年启停机用油量（吨/台次）年平均稳燃用油量（吨/台）最低不投油稳燃负荷（%）平均最高最低平均最高最低5010.749.819.891.521.64122.8748.765.9780501008.8419.841.865.664.68216.40312.261.7280501257.6529.5253.274.410.88309.06119.6251.8164482004.8750.412587.289.48291.66276.856.2280403005.26146.8373620.0325.84908.24546.853.480356003.4124.67262708.16451.62359.83850302000年燃煤机组用油情况调查表TPRI1煤粉锅炉节约燃油背景0100200300400500600700800900100050100125200300600机组容量（MW）年耗油量（吨/台）启动稳燃2000年单台燃煤机组用油情况（根据原文数据绘制）TPRI2煤粉锅炉节油技术的发展与现状节约燃油一直是火力发电企业追求的目标。1、早期的电力工业，以小容量火力发电机组为主，当时有经验的现场技术人员曾采用灭火打炮方式启动，以减少启动油耗。2、早期的马弗炉点火技术。3、将油枪置入一次风管内的小油枪点火启动节油技术可追溯到20世纪60年代末期。4、70年代中后期开始，在原马弗炉基础上开发出的各种预燃室开始在现场应用。5、无油点火技术，我国也研究的较早，1982年当时的安徽省电力工业局在淮南田家埯电厂进行的电弧点火启动技术已通过工业试验鉴定。6、目前，等离子、小油枪、微油点火已经得到了广泛应用。TPRI2煤粉锅炉节油技术的发展与现状马弗炉点火系统示意图TPRI2煤粉锅炉节油技术的发展与现状早期小油枪点火燃烧器示意图TPRI2煤粉锅炉节油技术的发展与现状(6)电源等离子体电弧放电腔(7)压缩空气进口(9)出水口(8)进水口(4)可更换阴极头(1)阳极(3)线圈(5)直线电机(2)阴极等离子发生器工作原理图TPRI2煤粉锅炉节油技术的发展与现状优点：单位容积内，能量高度集中，能快速顺利得点燃煤粉；等离子体内含有大量化学活性粒子，可加速热化学转换，促使燃料完全燃烧，该技术已逐步得到推广。缺点：①等离子发生器系统相对比较复杂。等离子发生器包含有高功率电源系统、压缩空气系统、冷却水系统等。②等离子发生器的阴极在高温下容易氧化，并且这种氧化是不均勻的，因为等离子弧的稳定性难以得到保证。③等离子点火器成本较高，一次性投资费用大。一台300MW锅炉，市场售价为300～400万人民币。④事故停炉、启动等情况下，等离子点火器可靠性不够高。市场应用情况：目前，等离子点火及稳燃技术已应用的煤种：挥发粉﹥20％烟煤；机组容量等级：50MW、100MW、125MW、300MW、600MW、1000MW；燃烧方式：切向燃烧直流燃烧器、墙式燃烧旋流燃烧器；制粉系统类型：钢球磨中储式、双进双出钢球磨直吹式、中速磨直吹式和风扇磨直吹式制粉系统；已应用机组数量300余台锅炉，总装机容量近9000万千瓦。煤粉锅炉节油技术的发展与现状小油枪点火300MW四角炉贫煤直流燃烧器TPRI2煤粉锅炉节油技术的发展与现状优点：结构简单，一次性投资小，可靠性高。缺点：①由于煤粉经过小油枪后在小空间内燃烧距离有限，所以无法形成稳定的煤粉火焰，也就无法在锅炉冷炉启动初始投粉，因而，相对于微油燃烧器，其节油效果较差；②小油枪一般采用机械雾化，雾化效果相对于介质雾化差，造成油燃烧不充分，所以在锅炉启动初期一般不投用电除尘器；③少油燃烧技术的耗油量比微油燃烧技术大3～4倍。市场应用情况：这种点火方式，在一定范围得到应用，也收到了一定的节油效果，但从实际效能方面来看，传统的油火焰与煤粉气流平行射流或是小角度交叉射流点火的方式效果劣于油火焰与煤粉气流大角度交叉射流的点火方式。值得一提的是，小油枪点火技术是从上个世纪六十年代发展起来的，技术较为成熟，应用也较为广泛，从煤种范围来说，可以用于点燃从褐煤到无烟煤的所有煤种。从炉型方面来看，其可应用于四角燃烧、墙式燃烧和下冲火焰燃烧等燃烧方式。煤粉锅炉节油技术的发展与现状某公司开发的微油燃烧器结构示意图TPRI2煤粉锅炉节油技术的发展与现状优点：①微油点火节油率可达90%以上，可以实现冷炉直接点火，低负荷稳燃，在锅炉点火后即可以投用电除尘，环保效益好。②微油点火系统可靠性高。③微油点火投资成本低。④对煤质、操作参数（如风速、煤粉浓度等）变化适应性强。缺点：在同样点火能量的条件下，点火性能没有等离子体好；对于无烟煤锅炉，目前冷态启动尚不能达到90%以上的节油率。工程应用情况：气化小油枪点火及稳燃技术已成功应用的煤种：贫煤、劣质烟煤、烟煤和褐煤；同时株州电厂无烟煤试验台试烧成功，机组容量等级：50MW、100MW、125MW、200MW、300MW和500MW；燃烧方式：切向燃烧直流燃烧器、墙式燃烧旋流燃烧器；制粉系统类型：钢球磨中储式、双进双出钢球磨直吹式、中速磨直吹式和风扇磨直吹式制粉系统；已应用机组数量20余台锅炉(如中电投贵溪电厂、大唐田家庵电厂)，采用气化小油枪点火及稳燃技术，在基建调试阶段可以节约大量的燃油，经济效益非常可观。TPRI2煤粉锅炉节油技术的发展与现状其他点火方式可燃气体点火近年来，也有研究者利用天然气、液化气以及沼气等可燃气体作为激发点火源，采用强制预混式燃烧方式，先在预燃室中点燃煤粉气流并使之稳定燃烧，再由喷出煤粉火炬去加热炉膛并最终点燃锅炉的主煤粉气流，这样用煤粉预热室代替了油枪，从而达到了节油目的。电阻加热点火粉煤和空气混合流送给煤粉燃烧器，经旋流叶片产生浓淡分离，在点火室内表面形成浓度高而流速低的煤粉直接点火区域；煤粉与加热到给定温度1000~1200℃的陶瓷点火器相撞，导致煤粉不断挥发而连续点火。感应加热无油点火技术利用中频电源对冷空气进行加热，产生700℃以上的高温空气点燃冷态煤粉。TPRI3微油点火技术TPRI3微油点火技术设计原则1.采用内燃式燃烧器，利用高温火焰点燃集中高浓度的小部分煤粉，充分利用浓煤粉的火焰传播能力，将其它煤粉点燃；2.启动过程必须保证启动的安全，不爆燃、不二次燃烧、满足启动曲线。3.正常运行中不影响正常燃烧组织，不结渣、不超温，锅炉效率不降低，NOx的排放不增加。TPRI3微油点火技术微油点燃贫煤、无烟煤的关键1.微油点火于等离子点火的不同；功率可以增大有利于劣质煤的点燃。煤油抢风造成点燃困难，增加了二次燃烧的可能。2.油枪配风带来的问题流速高点燃困难。阻力大进粉困难。3.气化油枪的出力限制点燃。4.对正常燃烧的影响必须认真对待。TPRI4微油点火的一些关键技术问题煤粉能否点着，着火后如何提高煤粉燃尽程度（低挥发份煤、高灰份煤）；燃烧器是否会发生烧坏；燃烧器内部是否发生结渣；改造后锅炉的低负荷稳燃特性会不会发生变化；改造后是否会导致炉内结渣加剧；改造后NOx排放量是否会增加；燃烧器整体阻力如何确定；冷炉点火阶段是否会发生炉内爆燃；尾部受热面是否会发生二次燃烧；对于直吹式系统如何控制锅炉升温、升压速率；如何增加燃烧器的防磨性能；在冷炉点火初期是否可以投电除尘。TPRI4微油点火的一些关键技术问题对于优质烟煤，很少量的油（20~50kg/h)，可以将煤粉很好的引燃；在冷炉状态，煤粉燃尽率可达80%左右。但应关注燃烧器烧损和燃烧器内部结渣问题；对于贫煤，适当增加油量，油量的大小应该根据燃烧器功率通过试验或计算确定；对于无烟煤，目前成功的例子较少，有待于在这方面的突破。TPRI4微油点火的一些关键技术问题采用气膜冷却风技术（目前该类型燃烧器还没有烧损的报道，只有燃烧器内部结焦的报道）；燃烧器内部气流必须合理组织，尤其要控制火焰的动量；油火焰要位于燃烧器中心，实现理论上的粉包火；喷口应选用能承受1200℃以上的高温材质；在燃烧器壁面上加装壁温测点，控制燃烧器各级燃烧室壁面温度低于600℃。TPRI4微油点火的一些关键技术问题增强锅炉低负荷稳燃性能的主要措施是煤粉浓缩燃烧、在燃烧器喷口加装稳燃器；由于微油燃烧器一般采用中心浓缩，而且油枪投运时喷口火焰温度较高，所以目前还无法设计针对该型燃烧器的稳燃器；对于直流燃烧器，由于是中心浓缩，同时取消了稳燃器，所以低负荷稳燃能力略有降低，对于旋流燃烧器，低负荷能力要增强。TPRI4微油点火的一些关键技术问题微油燃烧器设计时，要保证燃烧器面积选择合适；投运油枪时，燃烧器内部一次风粉温度增加，体积膨胀，一次风出口速度成倍增加，为了降低阻力，一些公司将燃烧器面积放大，这样在燃烧器作为主燃烧器正常使用时容易结焦。一般在微油燃烧器上都设计有周界风、气膜风，防止喷口周围结焦。TPRI4微油点火的一些关键技术问题微油燃烧器阻力应接近于原燃烧器阻力，这主要靠设计合理的煤粉浓缩比，喷口截面积等实现；在投运油枪时，燃烧器内煤粉空气混合物温度升高，速度增加，阻力会增加很快，因此应该考虑投运油枪时的阻力；各个厂家均有自己独到的设计方法。TPRI4微油点火的一些关键技术问题采用微油点火技术改造后，锅炉总体的NOx排放量变化不会很大，因为仅靠燃烧器改造只能影响NOx排放量的10~20%；在微油控制与锅炉FSSS逻辑相结合比较好的情况下，一般不会发生炉内爆燃现象；在冷炉点火阶段，只要积极吹灰、积极进行清灰（仓泵长时间运行），一般不会发生尾部二次燃烧；设计时，把握好直吹式制粉系统磨煤机的性能是控制锅炉升温、升压的关键；在冷炉点火初期一般可以投运电除尘器。TPRI5西安热工研究院在煤粉锅炉点火方面的工作热工研究院是电力行业较早开展煤粉锅炉点火和稳燃节油研究的单位。在煤粉锅炉低负荷稳燃方面积累大量试验经验和改造经验。对于煤粉锅炉点火和稳燃节油技术新的研究热点方向，正在积极地开展一些研究工作。如：墙式燃烧锅炉启、停磨不投油技术研究、锅炉少油点火技术研究、锅炉纯氧点火技术等研究项目。西安热工研究院在煤粉锅炉点火方面的工作建立了一套单火嘴燃煤试验台，模拟比例在1:4，即10MW功率单火嘴燃烧热态试验台。其功能为：开发单火嘴燃烧器；具备研究油燃烧器特性，可研究开发高效油枪设备；具备单火嘴煤燃烧器的热态试烧功能，可以模拟不同着火特性的煤种；具备测量煤结焦和沾污特性能力；具备测量燃烧过程中NOx、SOx、CO有害物排放状况以及过程；具备开发环保设备特点，尾部可进行各类净化烟气特性产品试验。TPRI5西安热工研究院在煤粉锅炉点火方面的工作TPRI5西安热工研究院在煤粉锅炉点火方面的工作TPRI5